湖北地区一次雷暴云电荷结构和放电特征的数值模拟研究

在三维强风暴动力—电耦合数值模式中引入非感应起电参数化方案、感应起电参数化方案以及放电参数化方案,对湖北宜昌2014年6月19日一次闪电过程中雷暴云电荷结构和放电特征进行了模拟分析。模拟结果表明,当云内粒子增多、增大,大部分霰粒子逐渐降落到中低层,上部正电荷区减小,底部正电荷堆范围开始扩大,中部负电荷区和底部正电荷区成为主要的起电区域,这种底部正电荷区较厚的三极性电荷结构不利于地闪的产生。在粒子带电分析中,霰与冰晶粒子携带的电荷量均大于云滴,说明霰与冰晶之间非感应碰撞是云中主要的起电过程。虽然云滴的电荷量较小,但霰与云滴之间感应碰撞的作用不可忽视。结合电荷结构的分布,发现底部正电荷堆的垂直分布高度与霰粒子、云滴的电荷浓度的分布有关,且霰与云滴电荷浓度的累积区与底部正电荷堆相一致。     

深圳地区不同天气流型夏季短时强降水和闪电的时空特征

利用高时间分辨率的分钟级雨量资料及LS8000闪电定位仪地闪数据,对比分析2014—2017年台风型、低压型、西南季风型和切变线型天气系统引发的深圳地区夏季短时强降水和闪电活动,并通过分析降水和闪电的日变化、降水频次、闪电峰值、持续时间、雷达回波顶高等,探讨不同天气流型引发的降水和闪电的时空分布特征。结果表明,四种天气流型引发的深圳地区短时强降水伴随闪电的对流活动主要集中发生在凌晨至08时和12-14时。台风型产生的短时强降水对应的闪电活动主要集中发生在降水强度为20～30 mm·h~(-1)时,且该类型产生的闪电主要以负地闪为主。低压型、西南季风型和切变线型中有80%以上的闪电活动主要发生在降水强度超过50 mm·h~(-1)。对于降水量小于40 mm·h~(-1)的闪电活动,切变线型是产生该量级降水的主要天气系统,也是该地区产生年平均地闪频次最多的天气系统。其中,该系统引发的此类对流活动的雷达回波顶高以2～4 km为主,并有72%的对流过程对应的零度层高度小于5 km。     

闪电数据三维可视化统计分析系统设计与实现

利用虚拟仿真技术,基于GaeaExplorer三维地理信息系统平台,设计开发了闪电数据三维可视化与统计分析系统。建立了闪电空间数据库,搭建了逼真的三维仿真场景,实现了闪电数据三维精细可视化;同时结合地理信息系统的空间分析能力,实现了闪电数据的管理及空间分析功能,为防雷减灾和决策服务提供了科学手段。应用结果表明:研发的闪电数据三维可视化与统计分析系统具有良好的应用体验,为闪电业务及科研工作提供了坚实的基础平台。     

基于实验室模拟高压放电冲击力的研究

为了研究高压放电冲击波的特性, 通过对冲击波的理论分析, 基于自主设计的一套实验装置对实验室条件下模拟高压放电产生的冲击力大小进行了量化试验。利用2.6/50 μs冲击电流发生器模拟产生放电冲击波, 依次改变冲击电流的幅值及离放电球中心位置的距离, 测定水平方向的冲击力大小。实验结果表明: 在25~100 kA冲击电流下, 离放电球中心位置50 mm处水平方向的冲击力大小为1.6~3.3 N; 随着冲击电流的增加以及离放电球中心位置距离的减小, 水平方向的冲击力呈逐渐增加趋势。当离放电球中心位置的距离超过60 mm时, 冲击力的大小受距离的影响较小。所得结论为研究自然界闪电冲击波的特性提供了一定参考依据。      

基于微波辐射计和闪电观测资料估算对流性降水方法初探

利用闪电定位系统、MP-3000A地基微波辐射计、雷达、地面雨量计和探空等观测资料对2015年5月14—15日湖北地区一次强对流过程中降水量、闪电、水汽、液态水含量的时空分布特征等进行分析,并基于闪电和微波辐射计资料联合估算对流性天气中的降水量。结果表明,降水发生前,微波辐射计探测到空中水汽密度和液水含量明显增加,闪电活动峰值提前于降水峰值2 h。水汽密度与云闪数有较好的相关性,相关系数为0.98。利用水汽密度和地闪资料估算对流性降水结果与观测结果比较一致,估测的降水量好于仅用地闪资料的估算,且基于水汽密度、地闪得到的单个闪电表征的降水量为1.94×10~7kg·fl~(-1)。     

雷电灾害风险评估中损失量的量化分析

为了更好地做好雷电灾害风险评估,减少雷电带来的损失风险,提出了对雷电灾害风险评估标准中损失量的量化方法。一种方法是基于年雷暴日的量化,另一种方法是利用闪电定位资料,采用了多元回归分析对损失量进行量化,回归试验结果表明:F分布高度显著,相关系数平方可达0.7569。后一种量化方法比前一种量化方法造成的相对误差更小,因此利用年雷暴日量化分析仍存在不足,而基于闪电资料的量化分析更能科学地量化损失量,进而为精细化的雷电灾害风险评估提供科学的参考依据。